[发明专利]一种孔径可控超疏水聚合膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种孔径可控超疏水聚合膜及其制备方法。该方法包括如下步骤：（1）将铝片洗涤干净，再经化学刻蚀后形成粗糙微纳二级结构；（2）将高分子聚合物、有机溶剂、聚苯乙烯微球搅拌溶解，并静置以脱除气泡，再在铝片上刮膜水浴成膜，得聚合膜；（3）将步骤(2)所得聚合膜置于二甲苯与乙酸乙酯的混合溶液中浸泡以移除聚苯乙烯微球；（4）将步骤(3)制备的聚合膜经碱溶液处理后再置于低表面能物质中浸泡，干燥即制得孔径可控超疏水聚合膜。本发明制备的聚合膜疏水性好，接触角达150°以上，孔径分布均匀且直接由聚苯乙烯微球的直径控制，扩散系数达1.94×10^‑6 m²/s，具有很好的海水淡化应用前景。

技术领域

本发明涉及海水淡化和空气除湿所用膜的制备技术领域，具体涉及一种孔径可控超疏水聚合膜及其制备方法。

背景技术

淡水资源是人类生存与发展的最重要物质基础之一。虽然全球水资源丰富，但为人类可利用的淡水资源却极少，仅占总量的0.3%。目前海水淡化是解决淡水资源紧缺的重要手段。

常用的海水淡化方法有热法、膜法和膜蒸馏三种。热法主要采用多级闪蒸、多效蒸馏等，通常能耗过大，生产设备复杂、昂贵，涉及到相变；膜法主要指纳滤和反渗透，一般不涉及到相变。但其缺点是膜孔易堵塞且需要高压设备。现有的热法和膜法海水淡化技术共同面临的问题是设备要求高、需要消耗大量高品位能源，并且海水的淡水产率较低。而膜蒸馏是目前最有优势的一种方法。通过膜蒸馏涉及到相变和膜，其推动力是膜两侧由于温度差而产生的蒸汽压差。其优点是操作温度低、可利用废热，操作压力低，适合处理高浓度废料、常压操作、设备占地小、对膜的机械强度要求不大。膜蒸馏技术发展的核心问题主要包括：研究性能优良、价格低廉的膜；提高能源利用率、降低热损失；完善机理模型；开发传热、传质性能优良的膜组件；废热利用。其中膜材料的性能是核心问题。膜材料的特性要求：所用膜是疏水微孔膜；低导热低传质阻力、高孔隙率低曲折度、膜孔径为200 nm~1 μm；只有蒸气能通过膜孔传质；膜蒸馏过程的推动力是膜两侧的蒸汽压差。因此制备出一种孔径可控超疏水聚合膜及其制备方法就显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术制备多孔膜的渗透率低以及制备的多孔膜疏水效果不佳的问题，提供了一种孔径可控超疏水聚合膜的制备方法。

本发明的目的还在于提供上述制备方法制得的一种孔径可控超疏水聚合膜。制备出的孔径可控超疏水聚合膜具有实现孔径分布均匀且可控、产水效率高、抗污染的效果。

本发明的目的通过如下技术方案实现。

一种孔径可控超疏水聚合膜的制备方法，包括如下步骤：

（1）将铝片洗涤干净，除去表面油污，再经化学刻蚀后形成粗糙微纳二级结构，干燥待用；

（2）将高分子聚合物、有机溶剂、聚苯乙烯微球搅拌直至完全溶解，并静置以脱除气泡，得铸膜液，再在步骤 (1) 中处理后的铝片上刮膜水浴成膜并干燥，得聚合膜；

（3）将步骤 (2) 中的聚合膜置于二甲苯与乙酸乙酯的混合溶液中浸泡以移除聚苯乙烯微球，干燥待用；

（4） 将步骤 (3)制备的聚合膜经碱溶液处理后再置于低表面能物质中浸泡，高温干燥即制得孔径可控超疏水聚合膜。

进一步地，步骤 (1) 中，所述洗涤是将铝片依次浸泡在丙酮、乙醇以及水中分别超声5~20 min。

进一步地，步骤 (1) 中，所述化学刻蚀是在NaClO水溶液中常温浸泡10~30 min，再在60~100℃的NaOH水溶液中浸泡5~20 min以形成粗糙微纳二级结构。

进一步地，步骤 (2) 中，所述高分子聚合物为聚丙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯和聚偏氟乙烯中的一种以上